Содержание к диссертации
Стр.
Введение 7
Глава 1
Современные направления развития некоторых компонетов
астрономических и космических оптических систем высокого разрешения
и особенности контроля их качества (обзор) 9
1.1 Объективы для систем наблюдения и фотографирования удалённых объектов.
Контроль и обеспечение характеристик их качества 9
Рефракторы-апохроматы для астрономических наблюдений на основе фторфосфатных кронов с особыми свойствами 9
Оптические системы цифровой фотосъёмки для задач дистанционного зондирования Земли 14
Общая характеристика интерферометрического метода измерения волновых аберраций и его применение для доводки высокоразрешающих оптических систем 18
Метод оптического гетеродинирования и его преимущества для повышения точности интерференционных измерений формы волнового фронта 21
Особенности процедуры окончательной доводки качества изображения высокоразрешающих оптических систем 24
Сравнительный анализ аппаратуры и методов
измерения функции передачи модуляции оптических систем 27
Краткая характеристика основных методов контроля ФПМ оптических систем... 29
Средства измерения оптических передаточных функций 30
1.2 Сегменты зеркал больших и сверхбольших астрономических телескопов-
рефлекторов. Контроль характеристик температурного расширения зеркальных
заготовок 36
1.2.1 Общий обзор современных астрономических телескопов
с сегментированным главным зеркалом 36
Основные требования к характеристикам температурного расширения материалов зеркал больших астрономических телескопов на примере проекта SALT 38
Краткий обзор известных методов измерения ТКЛР стекла и ситаллов 41
Абсолютные методы 41
Относительные методы 43
выводы по главе 1. выбор направления исследований. задачи
диссертационных исследований 46
Глава 2
исследование и разработка методов и средств для измерения и
прогнозирования выходных характеристик оптических
СИСТЕМ 48
2.1 Исследование системы производственного контроля объективов
по функции передачи модуляции (ФПМ) 48
Выбор математического аппарата получения количественных характеристик качества изображения 48
Оптическая схема и принцип действия измерительной видеосистемы для контроля ФПМ 51
Анализ источников погрешностей измерения ФПМ 52
Экспериментальная оценка точности измерения ФПМ разработанной аппаратуры 59
Совершенствование средств контроля ФПМ 60
Контроль ФПМ оптических систем в широком интервале температур 62
Разработка оперативного метода количественной оценки
качества изображения оптических систем 64
Теоретические основы метода оценки первичных аберраций 65
Теоретический анализ возможностей метода 68
Экспериментальная оценка точности метода оперативной оценки аберраций ОС 69
2.4 Разработка аппаратуры для контроля коэффициента отражения оптических
покрытий 72
Схема и конструкция рефлектометра для контроля коэффициента отражения просветляющих покрытий крупногабаритных линз 72
Источники погрешностей рефлектометра 77
Контроль спектрального коэффициента отражения и управление
коэффициентом отражения просветляющих покрытий 78
Выводы по главе 2 80
Глава З
Разработка методов и средств оценки качества изображения и других
параметров оптических систем и их элементов на основе
интерферометрического контроля волновых аберраций 82
Повышение эффективности интерферометрического контроля астрономических объективов-рефракторов 82
Разработка метода определения и коррекции собственного (инструментального) астигматизма компонентов оптической системы в сборе 88
Экспериментальное исследование способа тонкой доводки высококачественной оптической системы методом формообразования корректора волнового фронта
на основе данных интерферометрического контроля 92
4 Разработка метода определения характеристик оптических элементов
с использованием гетеродинной лазерной интерферометрии 98
Определение характеристик оптических элементов при помощи двухлучевой гетеродинной интерферометрии 98
Определение характеристик оптических элементов при помощи гетеродинной интерферометрии сдвига 104
Применение гетеродинного метода интерференционных измерений характеристик оптических элементов на примере гетеродинного интерференционного диоптриметра 106
Структурная схема и принцип действия гетеродинного интерференционного диоптриметра 108
Электронная фазоизмерительная аппаратура ПО
Конструкция и работа экспериментального образца прибора.
Программное обеспечение. Точность измерений 112
выводы по главе 3 116
4 Разработка методов и аппаратуры для контроля температурного
коэффициента линейного расширения (тклр) термостабильных
оптических материалов, предназначенных для изготовления зеркал
больших астрономических телескопов 118
1 Совершенствование интерференционной дилатометрической установки для
задач контроля ТКЛР Астроситалла 118
1 Схема и конструкция усовершенствованного интерференционного дилатометра 118
Автоматизация измерений ТКЛР. Программное обеспечение интерференционной дилатометрической установки 120
Теоретико-экспериментальный анализ точности контроля ТКЛР
методом абсолютных измерений 122
4.2 Контроль неоднородности ТКЛР в крупногабаритных оптических
заготовках 128
Типовая процедура контроля неоднородности ТКЛР оптических заготовок. Оценка уровня точности измерений, необходимого для подтверждения соответствия заготовки требованиям по однородности ТКЛР 129
Разработка метода дифференциальных измерений для контроля неоднородности ТКЛР 134
4.3 Экспериментальная оценка точности контроля ТКЛР на интерференционном
дилатометре методом абсолютных измерений и дифференциальным методом... 137
4.3.1 Экспериментальное исследование погрешности измерения ТКЛР
абсолютным методом 137
4.3.2 Экспериментальное исследование погрешности измерения ТКЛР
дифференциальным методом 139
4.4 Разработка измерительной системы для дилатометрических исследований
на базе гетеродинной лазерной интерферометрии 140
4.4.1 Оптическая система гетеродинного интерференционного
дилатометра 141
Электронная измерительная аппаратура 149
Теоретический анализ и экспериментальное исследование составляющих погрешностей измерения гетеродинного интерференционного дилатометра 153
Результаты экспериментальных исследований точности дилатометра 157
Выводы ПО ГЛАВЕ 4 159
Заключение 160
Список использованных источников 162
Приложение 171
Введение к работе
Высококачественные оптические системы формирования изображения бесконечно удалённых объектов, используемые как для наблюдения и фотографирования астрономических объектов с Земли, так и земной поверхности из космоса претерпели в течение предыдущего десятилетия значительное эволюционное развитие. Оно характеризуется появлением оптических систем нового поколения, для которых не только повышаются требования к точности контроля традиционных параметров, но и вводятся новые характеристики, которые требуют разработки соответствующих средств и методов контроля.
В частности, переход в современных системах космической съёмки от регистрации на плёнку к цифровой регистрации изображения потребовал оценки качества основных элементов аппаратуры по единому критерию. Таким критерием является функция передачи модуляции (ФПМ).
Для съёмочной аппаратуры микроспутников ограничены возможности стабилизации рабочей температуры системы. Актуальным становится создание термонерасстраиваемых объективов. Решение задачи их автономного контроля предполагает оценку ФПМ объектива в широком диапазоне температур.
Появление новых оптических стёкол, таких как фторфосфатные кроны обеспечило возможность создания крупногабаритных линзовых систем с апохроматической коррекцией и уровнем качества изображения близким к дифракционному пределу. Такой уровень может быть обеспечен, прежде всего, за счёт применения в производстве методов тонкой коррекции деформаций волнового фронта системы, метрологической основой которых служит интерферометрический контроль.
Прогресс высокоточных систем управления открыл дорогу созданию сегментированных управляемых астрозеркал, позволяющих существенно увеличить диаметр телескопа. Крупнейшие в мире оптические телескопы (диаметр 10 м) построены по этой технологии; стартовали проекты по созданию телескопов с составными зеркалами диаметром 30...40м. Для таких зеркал требуется оптический материал с малым значением температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) и высокой его однородностью в пределах заготовки. Контроль однородности ТКЛР является новой задачей, требующей высокой точности результатов и, как следствие, нестандартных подходов к решению.
Цель данной работы - повышение эффективности контроля высокоразрешающих оптических систем нового поколения и их компонентов за счёт повышения точности, информативности и производительности измерений.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
Усовершенствовать средства и методы контроля выходных характеристик объективов космической съёмки (прежде всего ФПМ), а также их прогнозирования на промежуточных стадиях производства системы.
Повысить эффективность методов оценки и тонкой коррекции качества изображения оптических систем на основе интерферометрического контроля волнового фронта системы.
Повысить точность контроля крупногабаритных оптических заготовок по ТКЛР, в том числе и по однородности данного параметра, за счёт применения усовершенствованной аппаратуры и методов контроля.
